一种去除海水中硫酸盐的生物电化学方法技术

本发明专利技术涉及一种去除海水中硫酸盐的生物电化学方法。该去除海水中硫酸盐的生物电化学方法包括如下步骤：S1.构建生物电化学反应器，使生物电化学反应器的阳极和阴极富集微生物，完成生物电化学反应器的启动；S2.向启动后的生物电化学反应器加入海水并进行反应，即可。本发明专利技术的生物电化学方法可实现海水中硫酸盐的高效去除(去除率≥95％)，能耗为0.2～0.5kWh/m3，远低于海水膜分离技术处理所需的能耗。能耗。能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种去除海水中硫酸盐的生物电化学方法


[0001]本专利技术涉及生物电化学领域，更具体地，涉及一种去除海水中硫酸盐的生物电化学方法。

技术介绍

[0002]我国是世界上13个人均水资源量最低的国家之一，仅为世界人均水资源量的四分之一，约为2300m3；全国近2/3的城市不同程度缺水，400座城市供水不足，110座城市严重缺水；在32个百万人口以上的特大城市中，有30个城市长期受缺水困扰，14个沿海开放城市中有9个严重缺水。海水约占地球水资源总量的97.5％，海水综合利用是解决水资源短缺的重要途径，如我国香港因淡水紧缺用海水进行冲厕，节约了大量淡水资源。但海水冲厕可对污水处理设施产生强烈的破坏性，甚至使其失去净化功能。这是因为海水的特性决定的，海水含盐量为3.5％左右，其含盐量是一般淡水的200多倍，SO
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的浓度高达2000mg/L以上，多种阴阳离子的存在使得海水具有与淡水几乎完全不同的理化特性。海水冲厕的高盐度可造成较高的渗透压，胁迫微生物使其脱水、质壁分离而死亡；微生物在海水冲厕废水中酶活性降低、代谢过程减缓，进而降低废水处理效率；海水冲厕废水中的SO
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还原产物——硫化物对微生物产生毒害作用；海水冲厕后，污水密度增加，造成活性污泥上浮和流失，降低污水处理能力。有效去除SO
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，可以降低管道等设施的腐蚀和结垢的风险，有助于提高海水利用率。
[0003]近海油田采出水是在开采过程中将石油从海底抽出而将地下水混入带到地面时产生的废水，一般具有有机物含量高、温度高和盐度高的特点。近海油田采出水中SO
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的浓度很高，可加剧设备腐蚀并增加废水的处理难度。此外，油田开采中SO
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还原产生的硫化物会降低聚合物的粘度(驱油效率的关键参数)，导致油田的出油效率降低。为提高油田出油效率，也应严格控制SO
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的浓度。
[0004]因此，开展海水中SO
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的去除，对于推动海水的综合利用，解决水资源短缺具有重要意义。
[0005]目前海水中SO
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去除常用的方法为膜分离方法，主要是依靠选择性透过膜(纳滤膜或反渗透膜)对溶液中的SO
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截留分离。但纳滤膜(NF)和反渗透膜(RO)均需在高压下运行，一般操作压力大于50个大气压，每吨海水脱盐的能耗约为2.5～4.0kWh；此外NF和RO不能去除颗粒物，因此需要预处理过程，膜污染及浓水处理等问题也使得其运行成本昂贵且存在二次污染风险。
[0006]虽然生物法也可以去除SO
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，如人工湿地、厌氧污泥床和膜生物反应器等。常规生物法处理SO
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废水受到以下几方面的限制：(1)中间产物H2S的毒性控制。随SO
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还原的发生，S2‑
浓度增大，对微生物有毒害作用；(2)环境因素的影响较大，对SO
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的还原效果在不同环境条件下可发生较大的浮动；(3)难以适应高盐分、高SO
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条件，目前尚未见有上述生物处理方法对海水环境中SO
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的有效去除的相关公开报道。
[0007]此外，专利技术专利名称为一种铝钙分步絮凝沉淀去除水中硫酸盐的方法提供了一种
去除水中硫酸盐的方法，其所选药剂为铝盐和生石灰或熟石灰，以微絮凝物和铝盐作晶核，在碱性条件下与钙离子、硫酸根离子结合生成不易溶于水的复合物Ca
n
Al
2m
(SO4)
3x
(OH)
12
·
zH2O，虽然该方法可处理硫酸盐超标水体，但其并未研究海水中硫酸盐的去除。如前所述，海水的理化性质与一般淡水及废水差异较大，其适应性尚不明确。
[0008]综上所述，目前去除海水中硫酸盐的技术方法有限，本专利技术拟解决去除海水中硫酸盐的效果差和能耗高的问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是克服上述目前去除海水中硫酸盐技术的效果差、能耗高的问题，提供一种去除海水中硫酸盐的生物电化学方法。本专利技术的生物电化学方法可实现海水中硫酸盐的去除率≥95％，能耗为0.2～0.5kWh/m3。
[0010]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0011]一种去除海水中硫酸盐的生物电化学方法，包括如下步骤：
[0012]S1.构建生物电化学反应器，使生物电化学反应器的阳极和阴极富集微生物，完成生物电化学反应器的启动；
[0013]S2.向启动后的生物电化学反应器加入海水并进行反应，即可；
[0014]所述阳极富集微生物中属水平上的优势菌种类型包括Sediminispirochaeta、Desulfuromonas和Sulfurimonas，其相对丰度分别为15～25％、5～15％和5～15％；
[0015]所述阴极富集微生物中属水平上的优势菌种类型包括Desulfovibrio和Desulfobacter，其相对丰度分别为5～15％和5～15％。
[0016]现有常规生物化学方法中，由于海水的高盐度会使微生物代谢活动被抑制或所有下降，故难以实现海水中硫酸盐的有效去除。
[0017]本专利技术的专利技术人通过多次研究发现，使生物电化学反应器的阳极和阴极分别富集特定相对丰度的微生物，可实现海水中硫酸盐的有效去除。具体地，本专利技术的专利技术人发现，在阳极上富集的Sediminispirochaeta具有硫代谢功能，Desulfuromonas可实现除SO
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外的硫元素的还原且产生较大的电流密度，Sulfurimonas可以作为电子受体将S2‑
氧化为元素硫；在阴极上富集的Desulfovibrio可通过直接方式或通过可溶性电子梭接受电子，在还原SO
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的同时使得系统产生高电流，Desulfobacter具有细胞外电子交换能力，在还原SO
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的同时也可提高生物电化学反应器的电流；这些优势菌种存在协同效应，在高盐度的海水中仍能保持很好的代谢活动和活性，从而实现生物电化学反应器的高效运行并对海水中硫酸盐有效去除。
[0018]如果阳极或阴极缺少其中一种或多种优势菌种，则由于剩余的优势菌种的代谢活动被抑制或所有下降，导致海水中硫酸盐去除效果不佳。如：若缺少Sulfurimonas或Sediminispirochaeta菌，可能造成S2‑
的积累，S2‑
浓度增大，对微生物有毒害作用，导致生物电化学反应器的系统崩溃；若缺少Desulfovibrio或Desulfobacter菌，则难以SO
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快速还原，导致海水中硫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种去除海水中硫酸盐的生物电化学方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.构建生物电化学反应器，使生物电化学反应器的阳极和阴极富集微生物，完成生物电化学反应器的启动；S2.向启动后的生物电化学反应器加入海水并进行反应，即可；所述阳极富集微生物中属水平上的优势菌种类型包括Sediminispirochaeta、Desulfuromonas和Sulfurimonas，其相对丰度分别为15～25％、5～15％和5～15％；所述阴极富集微生物中属水平上的优势菌种类型包括Desulfovibrio和Desulfobacter，其相对丰度分别为5～15％和5～15％。2.根据权利要求1所述生物电化学方法，其特征在于，步骤S1中所述生物电化学反应器为单室反应器。3.根据权利要求1所述生物电化学方法，其特征在于，步骤S1中所述富集微生物的具体过程为：将海泥和基质加入到生物电化学反应器中，混合，然后对生物电化学反应器施...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘广立，黄静，叶泳蓓，林松炜，骆海萍，张仁铎，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：